流變學(xué)簡答題

1、二、簡答題（可任選答8題，每題5分，共40分）：第一章 緒 論1、簡述聚合物流變行為的特征是什么？多樣性 高彈性 時間依賴性 2、何為粘彈性？為什么聚合物具有明顯的粘彈性？舉例介紹塑料制品應(yīng)用和塑料加工中的粘彈性現(xiàn)象？粘彈性：外力作用下，高聚物材料的形變行為兼有液體粘性和固體彈性的雙重特性，其力學(xué)性質(zhì)隨時間變化而呈現(xiàn)出不同的力學(xué)松弛現(xiàn)象的特性。由于高聚物材料對時間的依賴性，因此第二章 基本物理量和線性粘性流動1、簡述線性彈性變形的特點1、變形小2、變形無時間依賴性3、變形在外力移除后完全回復(fù)4、無能量損失5、應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系：=E2、聚合物的粘性流動有何特點?為什么？1、變形的時間依賴性流

2、體的變形隨時間不斷發(fā)展2、流體變形的不可回復(fù)性：粘性流體的變形是永久變形3能量散失：外力對流體所作的功在流動中轉(zhuǎn)為熱能而散失，這一點與彈性變形過程中貯能完全相反。4、正比性：線性粘性流動中剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變速率成正比，粘度與剪切應(yīng)變速率無關(guān)。2、聚合物的結(jié)晶熔化過程與玻璃化轉(zhuǎn)變過程本質(zhì)上有何不同？試從分子運(yùn)動角度比較聚合物結(jié)構(gòu)和外界條件對這兩個轉(zhuǎn)變過程影響的異同。聚合物的結(jié)晶熔化過程是隨著溫度的升高，聚合物晶區(qū)的規(guī)整結(jié)構(gòu)遭受破壞的過程。從熔點的熱力學(xué)定義出發(fā)，熔點的高低是由熔融熱H與熔融熵S決定的。一般的規(guī)律是，熔融熱H越大，熔融熵S越小，聚合物的熔點就越高。聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變過程是隨溫度升高

3、，分子鏈中鏈段運(yùn)動開始，由此會導(dǎo)致一系列性質(zhì)的突變。因此，分子鏈的柔性越好，鏈段開始運(yùn)動所需要的能量越低，其玻璃化溫度就越低。3、試述溫度和剪切速率對聚合物剪切粘度的影響。并討論不同柔性的聚合物的剪切粘度對溫度和剪切速率的依賴性差異。聚合物的剪切粘度隨溫度的升高而下降，在通常的剪切速率范圍內(nèi)，聚合物的剪切粘度也是隨剪切速率的增大而降低的。只有在極低（接近于零）及極高（趨于無窮大）的剪切速率下，聚合物的粘度才不隨剪切速率的變化而變化。不同柔性的聚合物的剪切粘度對溫度和剪切速率的依賴性是不同的：柔性的高分子鏈在剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明顯下降。而剛性高分子則下降得很不明顯。剛性高分

4、子的粘流活化能大，其剪切粘度對溫度極為敏感，隨著溫度的升高，剪切粘度明顯下降，而柔性高分子的粘流活化能小，其剪切粘度隨溫度的變化較小。4、解釋如下現(xiàn)象：1）聚合物的Tg開始時隨分子量增大而升高，當(dāng)分子量達(dá)到一定值之后，Tg變?yōu)榕c分子量無關(guān)的常數(shù)；2）聚合物中加入單體、溶劑、增塑劑等低分子物時導(dǎo)致Tg下降。1）由于分子鏈中端基受限最少，其運(yùn)動最為容易。所以，當(dāng)分子鏈中端基所占比例越大（即分子最越低）時，Tg越低。當(dāng)分子量大到一定程度后，端基在分子鏈中的比例可以忽略時，Tg就不會再隨分子量增大而升高了。2）當(dāng)聚合物中加入低分子物質(zhì)（如單體、溶劑或增塑劑）后，其分子鏈間距會增大，分子間作用力減小，導(dǎo)

5、致鏈段開始運(yùn)動所需要的溫度（Tg）降低。5、指出下列高分子材料的使用溫度范圍（Tm，Tg）：非晶態(tài)熱塑性塑料，晶態(tài)熱塑性塑料，熱固性塑料，硫化橡膠，涂料。答：非晶態(tài)熱塑性塑料：使用溫度在Tg以下（或TbTg之間）；晶態(tài)熱塑性塑料：使用溫度在Tm 以下（或TbTm之間）；熱固性塑料：使用溫度在其分解溫度Td以下（或TbTd之間）；硫化橡膠：使用溫度在Tg以上（或TgTd之間）；涂料：使用溫度在Tg以下。6、兩個牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過程中，A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。成絲后將這兩種聚丙烯絲放在363K的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)兩者的收縮率有很大不同。哪一種絲的收縮率高？說明理由。冰水冷卻的收縮率

6、高。兩個牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過程，A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。在兩種不同的冷卻過程中，由于溫度不同，導(dǎo)致兩種條件下結(jié)晶的完善程度不同。用冰水冷卻時，由于溫度迅速降低，導(dǎo)致聚丙烯結(jié)晶不完善，升溫至363K的環(huán)境中，由于聚丙烯會出現(xiàn)二次結(jié)晶，并且形成較完善的晶體，導(dǎo)致體積的收縮率較大；而用333K的熱水冷卻時，由于溫度較高，導(dǎo)致聚合物的結(jié)晶較為完善，在升溫至363K的環(huán)境后，體積收縮率較小。7、提高聚合物的耐熱性的措施有哪些？其中哪些是通過改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的？高溫下聚合物可以發(fā)生降解和交聯(lián)。降解是高分子的主鏈斷裂，導(dǎo)致分子量下降，材料的物理-力學(xué)性能變差。交聯(lián)使高分子鏈間生

7、成化學(xué)鍵，引起分子量增大。適度交聯(lián)可以改善聚合物的耐熱性和力學(xué)性能。但交聯(lián)過度，會使聚合物發(fā)硬變脆。聚合物的熱降解和交聯(lián)與化學(xué)鍵的斷裂或形成有關(guān)，化學(xué)鍵的鍵能越大，材料的耐熱性就越好。概括起來，提高聚合物耐熱性的途徑有三：1）盡量減少或避免高分子鏈中弱鍵，利用強(qiáng)極性取代基增強(qiáng)CC鍵的耐熱性等。2）將聚合物適度交聯(lián)可在提高強(qiáng)度的同時，提高聚合物的耐熱性。3）在聚合物主鏈中引入苯環(huán)、脂環(huán)或合成“梯形”、螺形“結(jié)構(gòu)的聚合物，提高分子鏈的剛性。8、試述影響聚合物粘流溫度的結(jié)構(gòu)因素。結(jié)構(gòu)因素：高分子鏈的柔性：高分子鏈的柔性越好，鏈的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越容易進(jìn)行，運(yùn)動單元鏈段就越小，流動活化能也越低，聚合物在較低

8、的溫度下就能實現(xiàn)粘性流動。因此，分子鏈的柔性越好，其粘流溫度越低。高分子的極性：高分子的極性越大，分子間的相互作用越大，其粘流溫度也越高。分子量：分子量愈大，高分子鏈越長，整個分子鏈相對滑動時摩檫阻力就愈大，需在更高的溫度下才能發(fā)生粘性流動，即粘流溫度越高。( 注意外界因素：外力大小和外力作用時間長短不屬于結(jié)構(gòu)因素)9、按常識，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈性的特點之一卻是溫度愈高，高彈平衡模量越高。這兩個事實有矛盾嗎？為什么？按常識，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈性的特點之一卻是溫度愈高，高彈平衡模量越高。這兩個事實不矛盾。原因：1) ,T升高，高分子熱運(yùn)動加劇，分子鏈趨于卷曲構(gòu)象的傾向更大

9、，回縮力更大，故高彈平衡模量越高；2) 實際形變?yōu)榉抢硐霃椥孕巫儯巫兊陌l(fā)展需要一定是松弛時間，這個松弛過程在高溫時比較快，而低溫時較慢，松弛時間較長，如圖。按常識觀察到的溫度越高，橡皮越軟就發(fā)生在非平衡態(tài)，即t<t0時。10、對聚合物熔體的粘性流動曲線劃分區(qū)域，并說明區(qū)域名稱及對應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。對聚合物熔體的粘性流動曲線劃分區(qū)域，并說明區(qū)域名稱及對應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。答：第一牛頓區(qū)：粘度為零切粘度0。此時由于切變速率很小，雖然纏結(jié)結(jié)構(gòu)能被破壞，但破壞的速率等于形成的速率，纏結(jié)點數(shù)目處于動態(tài)平衡，故粘度保持恒定，表現(xiàn)為牛頓流體的流動行為； 假塑

10、區(qū)：粘度為表觀粘度a 。當(dāng)切變速率增大時，纏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞的速度越來越大于其形成速度，纏結(jié)點數(shù)目逐漸減少，故粘度不為常數(shù)，隨切變速度的增大而減小，表現(xiàn)出假塑性流體的流動行為； 第二牛頓區(qū)：粘度極限粘度（無窮切粘度） 。當(dāng)達(dá)到強(qiáng)剪切的狀態(tài)時，大分子中的纏結(jié)結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞，來不及形成新的纏結(jié)，取向也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對運(yùn)動變得很容易，體系粘度達(dá)到恒定的最低值，第二次表現(xiàn)為牛頓流體的流動行為。11、為什么實際橡膠彈性中帶粘性，高聚物粘性熔體又帶彈性？列舉它們的具體表現(xiàn)形式。如何減少橡膠的粘性?在擠出成型中如何減小成型制品中的彈性成分？實際橡膠彈性中帶粘性的原因：構(gòu)象改變時需克服摩擦力；高聚物

11、粘性熔體又帶彈性的原因：分子鏈質(zhì)心的遷移是通過鏈段的分段運(yùn)動實現(xiàn)的；鏈段的運(yùn)動會帶來構(gòu)象的變化；列舉它們的具體表現(xiàn)形式：橡膠拉伸斷裂后有永久殘余應(yīng)變；橡膠快速拉伸會放熱；擠出脹大等。減少橡膠的粘性:適度交聯(lián)；在擠出成型中減小成型制品中的彈性成分：提高熔體溫度；降低擠出速率；增加口模長徑比；降低分子量，特別要減少分子量分布中的高分子量尾端。12、 對聚合物熔體的粘性流動曲線劃分區(qū)域，并標(biāo)明區(qū)域名稱及對應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。（1）第一牛頓區(qū)，零切粘度0，解纏速度等于再纏結(jié)速度 （2）假塑區(qū)，表觀粘度a ，解纏速度大于再纏結(jié)速度 （3）第二牛頓區(qū)，極限粘度 ，不存在纏結(jié)。13、熔融

12、指數(shù)與相對分子質(zhì)量有什么關(guān)系？簡述之。高聚物相對分子質(zhì)量大小對其粘性流動影響極大。相對分子質(zhì)量增加，使分子間的作用力增大，顯然會增加它的粘度，從而熔融指數(shù)（MI）就小。相對分子質(zhì)量的緩慢增大，將導(dǎo)致表觀粘度的急劇增加和MI的迅速下降。熔融指數(shù)MI與相對分子質(zhì)量M之間有如下關(guān)系：lg（MI）=A-BlgM式中：A、B是高聚物的特征常數(shù)。因此在工業(yè)上常用MI作為衡量高聚物相對分子質(zhì)量大小的一種相對指標(biāo)。 但必須注意，支化度和支鏈長短對熔融指數(shù)也有影響。長支鏈支化度使熔體切粘度顯著增高（MI下降），支化度越大，MI增高越多。此外相對分子質(zhì)量分布對MI也有一定影響。有時相對分子質(zhì)量相同的同一高聚物的流

13、動性相差很大，就是因為相對分子質(zhì)量分布影響流動性所致。相對分子質(zhì)量分布寬的，其中低相對分子質(zhì)量部分相當(dāng)于增塑劑，起了內(nèi)增塑作用，使流動性較好。14、 簡述聚合物熔體和溶液的普適流動曲線，說明0和的含義并以分子鏈纏結(jié)的觀點給以解釋。答：高聚物熔體和溶液的流動曲線可分為三個區(qū)域:1、 第一牛頓區(qū):剪切速率低,曲線斜率n=1，lgK=lg0，符合牛頓流動定律。該區(qū)的粘度為零切粘度0，可從這一段直線外推到與lg=0的直線相交處求得。由于大分子處于高度纏結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動阻力很大。當(dāng)流速很小時，體系所受的剪切應(yīng)力或剪切速率很小，分子鏈構(gòu)象變化得也很慢，而且分子鏈運(yùn)動有足夠的時間進(jìn)行松弛，使解纏結(jié)速度與

14、纏結(jié)速度相等，故粘度保持恒定的最高值。2、 假塑性區(qū)：流動曲線的斜率n<1，該區(qū)的粘度為表觀粘度a =/ 。從曲線上任一點引斜率為1的直線（前圖中傾斜的虛線即是）與lg=0的直線相交點，得到的就是曲線上那一點對應(yīng)的剪切速率下的表觀粘度。3、 第二牛頓區(qū)：¥流動曲線的斜率n=1，符合牛頓流動定律。 在高剪切速率區(qū)，由于強(qiáng)剪切，纏結(jié)全部破壞，來不及形成新的纏結(jié)，取向也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對運(yùn)動變得很容易，粘度達(dá)恒定的最低值，稱極限剪切粘度 15、分別畫出牛頓流體、理想彈性體、線形和交聯(lián)聚合物的蠕變曲線及回復(fù)曲線16、為什么高聚物的流動活化能與相對分子質(zhì)量無關(guān)？根據(jù)自由體積理論，

15、高分子的流動不是簡單的整個分子的遷移，而是通過鏈段的相繼躍遷來實現(xiàn)的。形象地說，這種流動類似于蚯蚓的蠕動。因而其流動活化能與分子的長短無關(guān)，。=Aexp（Ea /RT），由實驗結(jié)果可知當(dāng)碳鏈不長時，Ea隨碳數(shù)的增加而增加，但當(dāng)碳數(shù)大于30時，Ea不再增大。因此聚合物超過一定數(shù)值后，Ea與相對分子質(zhì)量無關(guān)。17、解釋為什么高速行駛中的汽車內(nèi)胎易爆破汽車高速行駛時，作用力頻率很高，Tg上升，從而使橡膠的Tg接近或高于室溫。內(nèi)胎處于玻璃態(tài)，自然易于爆破18、舉例說明和區(qū)分以下的聚合物熔體的流動類型：1）層流和湍流；2）穩(wěn)定與不穩(wěn)定流動；3）等溫與非等溫流動；4）剪切流動與拉伸流動；5）壓力流動與拖曳

16、流動。1）聚合物熔體 在成型過程中流動時，其雷諾準(zhǔn)數(shù)一般小于10；分散體也不會大于2000，因此其流動均為層流。因聚合物熔體粘度高。如低密度聚乙烯熔體粘度約301000Pa·s。在加工過程中剪切速率一般不大于104s-1。但由于聚合物有彈性，當(dāng)剪切應(yīng)力過大等原因，會出現(xiàn)彈性引起的湍流，造成熔體的破碎2）穩(wěn)定流動:一切影響流體流動的因素都不隨時間而改變的流動如正常操作的擠出機(jī)中，塑料熔體沿螺桿螺槽向前流動屬穩(wěn)定流動，因其流速、流量、壓力和溫度分布等參數(shù)都不隨時間而變動；不穩(wěn)定流動:凡流體在輸送通道中流動時，流動狀態(tài)都隨時間而變化的流動如在注射模塑的充模過程中，塑料熔體的流動屬于不穩(wěn)定流

17、動。注射時熔體在模具型腔內(nèi)的流動速率、溫度和壓力等各種影響流動的因素都隨時間變化。通常把熔體的充模流動視為典型的不穩(wěn)定流動3）等溫流動是指流體各處溫度保持不變情況下的流動。在等溫流動中，流體與外界可進(jìn)行熱量傳遞，但傳入和輸出熱量應(yīng)保持相等在塑料成型的實際條件下，聚合物熔體的流動一般都呈現(xiàn)非等溫狀態(tài)。一是由于成型工藝有要求將流程各區(qū)域控制在不同的溫度下；二是粘性流動過程中有生熱和熱效應(yīng)。這些都使流體在流道徑向和軸向存在一定的溫度差。4）拉伸流動 質(zhì)點速度僅沿流動方向發(fā)生變化；剪切流動 質(zhì)點速度僅沿著與流動方向垂直的方向發(fā)生變化5）拖曳流動 由邊界的運(yùn)動而產(chǎn)生的流動。如運(yùn)轉(zhuǎn)滾筒表面對流體的剪切摩擦

18、而產(chǎn)生流動。壓延成型片材等即為拖曳流動；壓力流動 邊界固定，由外壓力作用于流體而產(chǎn)生的流動。塑料熔體注射成型和擠塑成型等，在流道內(nèi)的流動屬于壓力梯度引起的剪切流動。19、何為不穩(wěn)定流動？聚烯烴熔體不穩(wěn)定流動的類型有哪些？舉例說明提高流動穩(wěn)定性的措施。不穩(wěn)定流動:凡流體在輸送通道中流動時，流動狀態(tài)都隨時間而變化的流動；20、解釋聚合物熔體離模膨脹原因，簡述影響因素。原因：高分子熔體的松弛：熔體入口模處產(chǎn)生縱向的速度梯度，沿著流動方向，在拉伸時，發(fā)生彈性形變，流出后就松弛掉。影響因素：1）口模長徑比L/D一定，膨脹比B隨剪切速率增加而增大2）在低于臨界 的剪切速率下，離模膨脹比B隨溫度升高而降低3

19、）在低于發(fā)生熔體破裂的臨界剪切應(yīng)力c下，膨脹比B隨剪切應(yīng)力的增加而增大，在高于c時，B值則下降4）當(dāng)剪切速率 恒定時，離模膨脹比B隨口模長徑比L/D的增大而減小；在L/D超過某一數(shù)值時B為常數(shù)5）離模膨脹隨熔體在口模內(nèi)停留時間t呈指數(shù)關(guān)系減小。6）離模膨脹隨高聚物的品種和結(jié)構(gòu)的不同而異7）離模膨脹與口模入口的幾何結(jié)構(gòu)無關(guān)21、簡述影響熔體破裂的因素。試分析塑料熔體在注射充模流動過程中產(chǎn)生熔體破裂的原因及對制品質(zhì)量的影響。（1）高彈湍流的臨界條件：臨界剪切應(yīng)力cr=1.25×105N/m2，臨界粘度mc=0.0250（2）流道幾何形狀：口模長徑比L/D增大， 增加（3）加工溫度T越高，

20、臨界剪切應(yīng)力和臨界剪切速率都增大（4）口模工作表面的粗糙度對熔體破裂的發(fā)生無多大影響（5）工業(yè)用的高聚物熔體的臨界剪切應(yīng)力在105106Pa內(nèi)隨高聚物品種和品級有差異（6）分子量越大，易纏結(jié)，彈性回復(fù)嚴(yán)重，較低的剪切速率就會發(fā)生熔體破裂；分子量低的高聚物熔體，適宜高速模塑（7）熔體非牛頓性強(qiáng)，柱塞流動，不易產(chǎn)生渦流，入口區(qū)域和管內(nèi)受到的剪切作用是主要原因；造成熔體不穩(wěn)定流動的重要原因:熔體的彈性1）對于小分子液體，在較高雷諾數(shù)下，液體運(yùn)動的動能達(dá)到或超過克服粘滯阻力的流動能量時，則發(fā)生湍流；2）對于高分子熔體，粘度高，粘滯阻力大，在較高的剪切速率下，彈性形變增大，當(dāng)彈性變形的儲能達(dá)到或超過克服

21、粘滯阻力的流動能量時，導(dǎo)致不穩(wěn)定流動發(fā)生。影響：容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙，失去光澤，類似于橘子皮，隨擠出速率進(jìn)一步增大，先后出現(xiàn)波浪形、鯊魚皮形、竹節(jié)形、螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無規(guī)則的熔體破裂22、高聚物熔體產(chǎn)生彈性效應(yīng)的本質(zhì)是什么？本質(zhì)是由于高聚物熔體受剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的作用時應(yīng)力的回復(fù)和高聚物熔體流動時受剪切力作用時產(chǎn)生法向 應(yīng)力的差，從而呈現(xiàn)的彈性效應(yīng)23、高聚物熔體彈性效應(yīng)有哪些表現(xiàn)？它們對高聚物制品的性能各有什么影響？剪切速率增大，熔體的彈性效應(yīng)增大；分子量大，或分子量分布寬，熔體的彈性效應(yīng)明顯；分子量分布寬，切模量G較低，松弛時間分布也寬， t*大，彈性

22、效應(yīng)明顯高分子構(gòu)象改變說，柔性大分子鏈在外界應(yīng)力作用下沿流動方向取向，使體系的構(gòu)象熵減??；由于松弛作用，體系的構(gòu)象熵會部分地恢復(fù)，從而表現(xiàn)出熵彈性24、何為擠出脹大現(xiàn)象？舉例說明減少脹大比的措施。液體流出管口時，液流的直徑并不等于管子出口端直徑，出現(xiàn)對粘彈性聚合物熔體，液流直徑增大膨脹的現(xiàn)象稱為擠出物脹大；擠出溫度升高，或擠出速度下降，或體系中加入填料而導(dǎo)致高分子熔體彈性形變減少時，擠出脹大現(xiàn)象明顯減輕。第四章 流變斷裂1、簡述超過屈服應(yīng)力后應(yīng)力一般略有下降的原因。原因可能有二：其一，屈服后鏈段開始運(yùn)動，與線彈性變形涉及的鍵拉伸等變形相比所需應(yīng)力較??；其二，在屈服后試樣的截面積變小，達(dá)到同一應(yīng)

23、力所需的作用力就相應(yīng)較小，而應(yīng)力應(yīng)變曲線中的工程應(yīng)力仍以原始面積計算應(yīng)力。這種應(yīng)力下降的現(xiàn)象稱為應(yīng)力軟化，是材料屈服的特征。2、超過屈服后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象一般稱為韌性斷裂。韌性斷裂可能會有幾種不同的情況出現(xiàn)？各稱什么斷裂？1）在屈服強(qiáng)度達(dá)到后應(yīng)變發(fā)展不大時就發(fā)生斷裂，斷裂時的應(yīng)力低于屈服應(yīng)力y 。這種材料雖有韌性，但韌性很小，其強(qiáng)度應(yīng)以屈服應(yīng)力表示。這種韌性斷裂稱為“非應(yīng)變硬化斷裂”。2）在屈服后應(yīng)力基本不變而應(yīng)變不斷增大，在試樣的某些部位截面則突然縮小，形成一個細(xì)頸。形成細(xì)頸后繼續(xù)拉伸時，或細(xì)頸部分不斷變得更細(xì)，或細(xì)頸直徑不變，出現(xiàn)細(xì)頸的肩部被拉伸成細(xì)頸部，但細(xì)頸起來越長，這時應(yīng)力近似恒定，這

24、種現(xiàn)象稱為冷拉伸，或泠流動。在冷拉伸后應(yīng)力會出現(xiàn)上升現(xiàn)象，稱為應(yīng)力硬化，到達(dá)B點發(fā)生斷裂。這種材料韌性大，其強(qiáng)度以斷裂強(qiáng)度表示。這種韌性斷裂稱為“應(yīng)變硬化斷裂”。3、試述外界條件對斷裂行為的影響。1）溫度的影響 所有聚合物的屈服點隨著溫度上升而明顯下降。因聚合物在冷凍溫度下是很脆的，聚合物的屈服應(yīng)力y，以Tg或Tm為界。在該溫度以上，分子鏈段熱運(yùn)動加劇，松弛過程加快，聚合物軟化，材料的y 、模量和強(qiáng)度下降，伸長率變大。 在溫度升高過程中，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。兩曲線交點對應(yīng)的溫度稱脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度TB。溫度低時，材料的脆性斷裂應(yīng)力B 屈服應(yīng)力y ，因此當(dāng)外力首先達(dá)到B時，發(fā)生脆性斷裂。B隨

25、溫度下降的變化率較y隨溫度的變化率小，因而兩條曲線之間會在某個溫度相交，該溫度就是脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度TB。對輕度交聯(lián)聚合物即橡膠而言，該溫度又稱為脆化溫度。 溫度高時，材料的斷裂應(yīng)力B 屈服應(yīng)力y，發(fā)生韌性性斷裂。2）應(yīng)變速率的影響 根據(jù)時溫等效原理，應(yīng)變速率變化與溫度變化莫測等到效，即提高應(yīng)變速率與降低溫度等效。從分子角度看，在低溫和高溫應(yīng)變速率下，分子鏈段不能運(yùn)動，因而表現(xiàn)出脆性。而提高溫度和在低應(yīng)變速率下，分子鏈段有足夠的時間運(yùn)動，因而表現(xiàn)出韌性。3）應(yīng)力性質(zhì)的影響 在不同性質(zhì)應(yīng)力作用下，同一材料可表現(xiàn)出不同的斷裂行為。施加流體靜壓力，可使脆性固體表現(xiàn)出延性。如固化的酚醛樹脂在拉伸試

26、驗中表現(xiàn)出脆性斷裂，而在純剪切或壓力下有可能表現(xiàn)出延性。很多聚合物在拉伸和彎曲試驗時表現(xiàn)出脆性，而在其他應(yīng)力作用下可發(fā)生屈服，甚至表現(xiàn)出高度的延性。壓痕試驗是測定材料強(qiáng)度的一種方法，脆性材料在壓痕試驗中表現(xiàn)出延性，材料被鋼球壓出凹痕而不破裂，因此硬度也是脆性固體塑性的表現(xiàn)。4）環(huán)境壓力的影響 研究發(fā)現(xiàn)，對許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。右圖可見，PS在低環(huán)境壓力（常壓）下呈脆性斷裂特點，強(qiáng)度與斷裂伸長率都很低。隨著環(huán)境壓力升高，材料強(qiáng)度增高，伸長率變大，出現(xiàn)典型屈服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。4、聚合物的屈服有哪些特點？1）聚合物如發(fā)生屈服，屈服后一般發(fā)生應(yīng)

27、變軟化，屈服應(yīng)力時的應(yīng)變較小。2）屈服應(yīng)力對溫度和應(yīng)變速率較敏感，它隨溫度升高較快下降。3）當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時屈服應(yīng)力很快趨于0。4）結(jié)晶聚合物屈服后，可形成細(xì)頸，并發(fā)生相變化，原有結(jié)晶破壞，重新形成新的結(jié)晶。5、簡述聚合物材料的增強(qiáng)途徑與機(jī)理。1）增強(qiáng)途徑：增強(qiáng)改性的基本思想是用填充、混合、復(fù)合等方法，將增強(qiáng)材料加入到聚合物基體中，提高材料的力學(xué)強(qiáng)度或其它性能。常用的增強(qiáng)材料有粉狀填料（零維材料）：木粉、炭黑、輕質(zhì)二氧化硅、碳酸鎂等；纖維（一維材料）：棉、麻、絲及其玻璃纖維等；片狀填料（二維材料）：織物等。2）增強(qiáng)機(jī)理：活性填料粒子能起到均勻分布負(fù)載的作用，降低了橡膠發(fā)生斷裂的可能性，從

28、而起到增強(qiáng)作用。纖維填料在橡膠中主要作為骨架，以幫助承擔(dān)負(fù)載。纖維填充塑料主要是依靠其復(fù)合作用。即利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹脂的流動及其與纖維的粘接力以傳遞應(yīng)力6、試述影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素。1）高分子的結(jié)構(gòu)：a. 主鏈的柔順性越好，強(qiáng)度越高；b.側(cè)鏈有大的剛性基團(tuán)時，沖擊強(qiáng)度低；c. 分子間作用力大，沖擊強(qiáng)度?。籨.支鏈沖擊韌性會提高，分子間作用力減小；e. 結(jié)晶：沖擊韌性取決于試驗溫度，結(jié)晶度增加沖擊韌性下降；f. 取向：取向后分子運(yùn)動能力減弱，沖擊強(qiáng)度下降；g. 填料：纖維填料，沖擊韌性上升；h. 粒子填料沖擊韌性依情況而定，粒子間距、直徑、數(shù)量都有影響；i. 增塑劑：沖擊

29、強(qiáng)度提高。2）外界條件：a.溫度的影響 溫度升高時，分子熱運(yùn)動有愈合鈍化缺口裂紋的作用，會提高沖擊強(qiáng)度。無定形聚合物在溫度升高到接近Tg或更高時，沖擊強(qiáng)度迅速增加。結(jié)晶聚合物處于Tg以上，比在Tg之下則有較高的沖擊強(qiáng)度。因分子熱運(yùn)動有松弛作用，并消散了應(yīng)力集中。熱固性聚合物的沖擊強(qiáng)度受溫度影響較小。b.沖擊速度的影響 存在著各種聚合物及其復(fù)合材料對沖擊速度敏感性的差異。丙烯酸樹脂、PS和PMMA等聚合物對沖擊速度敏感是脆性材料。而PC、PA和增韌改性的聚合物對載荷速度的敏感性較低是韌性較好的聚合物。韌性材料隨著應(yīng)變速率提高，將會由塑性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。快速沖擊試樣是脆性斷裂；而慢速彎曲最終是

30、塑性斷裂。后者吸收的斷裂總能量約是前者的3.5倍。因此即使同樣的沖擊能量下，高沖擊速度易使脆性材料斷裂。外力作用時間長，相當(dāng)于溫度升高。3）取向的影響:若沖擊力平行材料取向方向，與各向同性的聚合物相比，常有較高的沖擊強(qiáng)度。反之，若沖擊力垂直取向方向，則抗沖擊性能變差。塑料制品在使用中，其取向?qū)箾_擊性能有害而無利。取向的注塑件或擠出件，在沖擊載荷下會在最弱方向斷裂。塑料制品表層具有壓縮應(yīng)力，能有效提高抗沖擊性能。較低溫度下壓延加工的聚氯乙烯和聚碳酸酯的片材有很高韌性。7、簡述聚合物的增韌改性。1）分子量提高，沖擊強(qiáng)度提高。2）對結(jié)晶聚合物，影響沖擊強(qiáng)度主要是結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶聚合物在慢冷過程中，球

31、晶成長較大會降低沖擊強(qiáng)度。PE和PP的結(jié)晶度在（4050）%，室溫下有很好沖擊韌性。3）共混、共聚、填充改性。實驗發(fā)現(xiàn)，采用與橡膠類材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗沖擊性能。8、簡述聚合物的增韌機(jī)理1）銀紋機(jī)理：增韌作用主要來自海島型彈性體微粒作為應(yīng)力集中物與基體間引發(fā)大量銀紋，從而吸收大量沖擊能；同時，大量銀紋間應(yīng)力場相互干擾，降低了銀紋端應(yīng)力，阻礙了銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。該理論不能解釋橡膠增韌與韌性基體的實驗結(jié)果。2）銀紋-剪切帶機(jī)理：該理論認(rèn)為：橡膠粒子作應(yīng)力集中物，在外力作用下誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，吸收能量。 橡膠粒子和剪切帶控制和阻止銀紋發(fā)展，使銀紋不至于

32、形成破壞性裂紋。3）剛性粒子增韌機(jī)理：（1）剛性有機(jī)填料（或粒子）增韌。拉伸時，基體和分散球粒楊氏模量和泊松比差別使基體對粒子表面產(chǎn)生強(qiáng)壓力而發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，粒子發(fā)生冷流大形變，吸收塑性形變能，提高材料的韌性。（2）剛性有機(jī)填料（或粒子）增韌加入該種粒子，促使基體在斷裂過程中發(fā)生剪切屈服，吸收大量塑性形變能，促進(jìn)基體脆-韌轉(zhuǎn)變。（3）剛性、彈性填料（或粒子）混雜填充增韌。9、至少從 5 個方面對比總結(jié)脆性斷裂與韌性斷裂的區(qū)別。脆性斷裂 韌性斷裂 屈服 不存在 先屈服，再斷裂 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 線性的 非線性的 斷裂伸長率 較小 較大 斷裂面 光滑 粗糙 斷裂能 較小 較大 應(yīng)力分量 由張應(yīng)力分量引

33、起 由切應(yīng)力分量引起 10、研究玻璃態(tài)高聚物的大形變常用什么實驗方法，說明高聚物中兩種斷裂類型的特點，并畫出兩種斷裂的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。研究玻璃態(tài)高聚物的大形變常用拉力機(jī)對高聚物樣品進(jìn)行拉伸實驗。兩種斷裂類型的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線示于圖9-11中。11、說明高聚物中兩種斷裂的特點，并畫出兩種斷裂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。高聚物的破壞有兩種形式：韌性斷裂和脆性斷裂。脆和韌是借助日常生活用語，沒有確切的科學(xué)定義，只能根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和斷面的外貌來區(qū)分。若深入研究，它們有以下不同。 （1）韌性斷裂特點：斷裂前對應(yīng)塑性；沿長度方向的形變不均勻，過屈服點后出現(xiàn)細(xì)頸；斷裂伸長（e b）較大；斷裂時有推遲形變；應(yīng)

34、力與應(yīng)變呈非線性，斷裂耗能大；斷裂面粗糙無凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點后，一般由剪切分量引起；對應(yīng)的分子運(yùn)動機(jī)理是鏈段的運(yùn)動。（2）脆性斷裂特點：斷裂前對應(yīng)彈性；沿長度方向形變均勻，斷裂伸長率一般小于5%；斷裂時無推遲形變，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近線性，斷裂能耗?。粩嗔衙嫫交邪疾?；斷裂發(fā)生在屈服點前；一般由拉伸分量引起的；對應(yīng)的分子機(jī)理是化學(xué)鍵的破壞。脆性斷裂與韌性斷裂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖9-12。12、聚合物的許多應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，屈服點和斷裂點之間的區(qū)域是一平臺。這平臺區(qū)域的意義是什么？溫度升高或降低能使平臺的尺寸增加或減少？（1）平臺區(qū)域是強(qiáng)迫高彈形變，在外力作用下鏈段發(fā)生運(yùn)動。對結(jié)晶高分子，伴隨發(fā)

35、生冷拉和細(xì)頸化，結(jié)晶中分子被抽出，冷拉區(qū)域由于未冷拉部分的減少而擴(kuò)大，直至整個區(qū)域試樣處于拉伸狀態(tài)。（2）平臺的大小與溫度有很大關(guān)系。溫度較低時，聚合物是脆的，在達(dá)到屈服點之前斷裂，不出現(xiàn)平臺，因此溫度降低，平臺區(qū)變小。13、要使脆性較大的非晶態(tài)聚合物增韌，而又不至于過多地降低材料的模量和強(qiáng)度，采用什么方法？舉例說明。宜采用彈性體（橡膠）增韌的方法，使聚合物混合物或接枝共聚物形成兩相結(jié)構(gòu)，即剛性聚合物成連續(xù)相，橡膠即為分散相。最成功的例子是高抗沖聚苯乙烯（HIPS），它通過橡膠與聚苯乙烯接枝共聚，形成橡膠粒子分散在基體聚苯乙烯中，且橡膠粒子也包著聚苯乙烯，而橡膠相幫助分散和吸收沖擊能量，使韌性

36、增加，其沖擊強(qiáng)度比均聚物PS成倍增加（缺口沖擊強(qiáng)度從1J/cm增加到4.5J/cm）。14、熔融溫度對球晶大小有什么影響？熔融溫度越高，球晶尺寸越大，因為球晶殘存結(jié)構(gòu)在高溫下被破壞得越徹底，降溫時預(yù)定核（即非均相核）就越少，于是球晶生長得越大15、在橡膠下懸一砝碼，保持外界不變，升溫時會發(fā)生什么現(xiàn)象？橡膠在張力（拉力）的作用下產(chǎn)生形變，主要是熵變化，即卷曲的大分子鏈在張力的作用下變得伸展，構(gòu)象數(shù)減少。熵減少是不穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)加熱時，有利于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使之因構(gòu)象數(shù)增加而卷曲，所以在保持外界不變時，升溫會發(fā)生回縮現(xiàn)象。請問什么是零剪切黏度（確切的定義），零剪切黏度能用來做什么？就是零剪切速率下流

37、體的粘度表征流體的流動性能，可以計算粘流活化能，結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)等零剪切黏度和表觀黏度有什么區(qū)別？剪切粘度：在剪切流動時，流動產(chǎn)生的速度梯度的方向與流動方向垂直，此時流體的粘度稱為剪切粘度表觀黏度，它只是對流動性好壞作一個相對的大致比較。真正的黏度應(yīng)當(dāng)是不可逆的粘性流動的一部分，而表觀黏度還包括了可逆的高彈性變形那一部分，所以表觀黏度一般小于真正黏度。 表觀粘度又可以分為剪切黏度和拉伸黏度。之前講的零剪切粘度的定義是對的。我再講講表觀粘度。我們平時測量的粘度（一般都是在一定的剪切速率下獲得）都是表觀粘度。表觀粘度可以理解為在一定剪切速率下，剪切應(yīng)力與切變速率的比值。二者的區(qū)別：牛頓流體的表觀粘度是

38、等于零剪切粘度的，因為牛頓流體的粘度與剪切速率無關(guān)。但是針對非牛頓流體，二者不一致。另剪切粘度是應(yīng)力和切變速率曲線在零點的斜率，而表觀粘度是在曲線上在一定切變速率下某點和零點連線的斜率。稠度是材料內(nèi)部摩擦的一種表現(xiàn)，液體、半流動體、半固體和固體，抵抗剪切應(yīng)力而流動(變形)時，其變形同應(yīng)力不成比例。一、解釋下列名詞1、零剪切粘度 2、震凝性流體 3、偏應(yīng)力張量 4、Weissenberg效應(yīng) 二、填空題1、流變學(xué)是研究材料 及 的科學(xué)，遵從 定律的液體稱為牛頓流體，遵從 定律的固體稱為胡克彈性體。2、按Cauchy應(yīng)力定律，平衡時，物體所受的合外力與合外力矩均等于零，因此單位立方體平衡時剪切應(yīng)力

39、分量Tij= (i,j=1,2,3)。若靜止液體內(nèi)只有法向應(yīng)力，無剪切應(yīng)力，則應(yīng)力分量Tij= (ij)。3、許多高分子濃溶液和熔體，在剪切速度不大時（<103s-1）,剪切應(yīng)力與剪切速率滿足冪律方程即，其中n稱為 ，對牛頓流體，n ，K= 。對假塑性流體，n 。4、高分子粘度的溫度敏感性與材料的加工行為有關(guān)。粘-溫敏感性大的材料，宜采取 降低粘度，如樹脂，纖維等。5、粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于橡膠、纖維素以及塑料來說，該三種粘流活化能的大小順序是 。三、判斷題 1、牛頓流體的粘度不僅與流體分子的結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)，而且與剪切應(yīng)力和剪切速率有關(guān)。（ ）2、觸變性流體可認(rèn)為是假塑性

40、流體，同樣假塑性流體也一定是觸變性流體。 （ ）3、法向應(yīng)力差值的大小是高分子流體彈性效應(yīng)的量度。（ ）4、靜止液體內(nèi)只有法向應(yīng)力，無剪切應(yīng)力，且T11T22=T33=-P。（ ）5、由于高分子液體的流動單元是鏈段，因此粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與總分子量關(guān)系不大。（ ）四、說明題1、畫出坐標(biāo)體系中牛頓流體、假塑性流體和脹塑性流體的流動曲線，并簡要說明流動指數(shù)變化規(guī)律。2、以x1，x2，x3為坐標(biāo)畫出一無限流體場中一個單位立方體流體體積微元。標(biāo)出應(yīng)力張量的狀態(tài)分布（九個分量），并指出法向應(yīng)力張量和剪切應(yīng)力張量五、簡答題1、以“高分子構(gòu)象改變說”簡要說明高聚物熔體的“剪切變稀”行為原因。一、填空1經(jīng)典的線性粘彈性模型Maxwell模型是由 和 串聯(lián)而成。2、注塑模具CAD設(shè)計主要對模具的參數(shù)進(jìn)